电磁推进如何工作

美国能源部(DOE)通常不会为NASA开发推进系统，但它正在持续致力于更好的超导磁体和非常快速、高功率的系统固态开关．20世纪90年代中期，古德温主持了NASA“突破推进物理项目”(Breakthrough Propulsion Physics Project)的一次会议，该项目致力于设计不使用推进剂的推进系统，使用非常高的能量系统，并最终能够克服惯性。

古德温说:“似乎应该有某种方法来使用[能源部科学家]正在开发的这项技术，以帮助NASA实现他们的目标，而它基本上就是由此产生的。”从美国能源部的研究中，古德温提出了一个太空推进系统的想法，该系统使用超冷的超导磁体，每秒振动40万次。如果这种快速脉冲能被定向，它就能创造一个非常高效的空间推进系统，其速度可以达到1%的几分之一光速．

在电磁铁加速的前100纳秒(十亿分之一秒)内，电磁铁处于一个不稳定状态这使得它的脉冲速度非常快。当它上升后，磁场达到一个稳定的状态，没有脉冲发生。古德温将他使用的电磁铁描述为电磁它基本上是一根缠绕在金属圆筒上的超导磁线。整个结构的直径为1英尺(30.5厘米)，高3英尺(91.4厘米)，重55.12磅(25公斤)。用于推进系统的电线是niobium-tin合金．这些电线中的几股会缠绕成一根电缆。然后用液氦将电磁铁过冷至4开尔文(-452.47华氏度/ -269.15摄氏度)。

为了让磁铁震动，你需要使磁场不对称。古德温计划有意引入一种金属板进入磁场增强振动运动。这个盘子可以是铜的，铝的或铁．铝板和铜板是较好的导体，对磁场有较大的影响。板将被充电，并与系统隔离，以创造不对称．然后在几微秒(百万分之一秒)内，在磁铁被允许向相反的方向振荡之前，板上的电就会被吸干。

“现在，问题是，我们能否利用这种非稳态条件，让它只朝一个方向运动?”古德温说。“这是非常不确定能否做到的地方。这就是为什么我们想做一个实验来找出答案。”在…的合作下波音公司古德温正在向美国宇航局寻求资金来进行这样的实验。

系统的关键是固态开关这将调节从电源发送到电磁铁的电流。这个开关基本上每秒开关电磁铁40万次。固态交换机看起来像一个超大的计算机芯片——想象一下微处理器大概有冰球那么大。它的工作是将稳态电源转换为每秒40万次30安培9000伏特的高速高功率脉冲。

在下一节中，您将了解到该系统从哪里获取能量，以及它如何将未来的宇宙飞船送往太阳系之外。

美国能源部也在制定一项计划核太空反应堆。古德温认为，这个反应堆可以用来为电磁推进系统提供动力。能源部正在努力从美国国家航空航天局获得资金，一个300千瓦的反应堆可能在2006年完工。推进系统将被配置成将反应堆产生的热能转化为电能。

“对于深空，火星除此之外，如果你想移动任何质量，你几乎需要核武器，”古德温说。

反应堆将通过诱导的过程发电核裂变，通过分裂产生能量原子(如铀-235原子)。当一个原子分裂时，它会释放出大量的热量伽马辐射．一磅(0.45公斤)高浓缩铀，就像用来驱动核反应堆的那种潜艇或核动力航空母舰，相当于大约100万加仑(380万升)的汽油。一磅铀只有一个棒球那么大，所以它可以为宇宙飞船提供很长一段时间的动力，而不占用飞船上太多的空间。这种核动力、电磁推进的航天器将能够穿越非常大的距离。

来自核反应堆的热能可以转化为电能，为航天器提供动力。

古德温说:“你无法到达最近的恒星，但你可以观察到日球层顶的任务。”“如果它工作得非常好，它可以达到光速的不到1%。即使这样，也需要数百年才能到达最近的恒星，这仍然是不切实际的。”

的日球层顶太阳风是从哪里来的太阳与另一个产生的星际太阳风相遇星星．它位于200左右天文单位(AU)从太阳(太阳层顶的确切位置是未知的)。一个天文单位等于太阳到地球的平均距离，或约9300万英里(1.5亿公里)。相比之下，冥王星距离太阳39.53天文单位。

为了运送人，需要建造一个更大的装置，但直径1英尺、高3英尺的电磁装置可以将小型无人航天器(如星际探测器)推进非常远的距离。古德温说，这个系统非常高效，它把大量的电力通过一个超导体．问题是，科学家们能否在不破坏磁铁的情况下将这种能量转化为推进力。快速的振动可能会使磁铁达到其强度的边缘。

对这种系统持怀疑态度的人说，古德温所能完成的只是使磁铁快速振动，但它不会移动到任何地方。古德温承认，目前还没有证据表明他的推进系统会起作用。古德温说:“这是高度投机性的，在我最乐观的日子里，我认为它可能成功的几率是十分之一。”当然，100年前，人们认为我们到达太空的机会甚至更小。